摘
锥齿换器广泛应现代机械产品中航空航天工程机械传动系统具传动稳承载力强等优点着非常观发展前景利锥齿换器传动机构特点实现电渣炉执行机构换通电渣炉执行机构结构设计分析课题学研究容该机构原理轴交角90°锥齿轮通相互啮合实现传动角度改变进换目
满足该机构体现出直观性深入学UG软件CADCAE实现锥齿换器传动部件三维参数化建模课题研究工作成果：
首先建立面渐开线入手建模锥齿轮实现参数化造型轴轴承箱体等部件次建模时进行结构强度设计计算
次CAD装配模块中换器零部件完成装配
利CAE模块进行该机构分析
关键词：换器锥齿轮CAD参数化建模CAE分析
目 录
摘 I
目 录 II
第章 绪 1
11 UGCAD 1
12锥齿轮传动应 2
第二章 标准直齿锥齿轮轴相关计算 4
21 标准直齿锥齿轮参数相关计算 4
211选定齿轮精度等级材料齿数 4
212 锥齿轮初步设计 4
22 锥齿轮传动强度校核 7
221 齿面接触疲劳强度校核[6] 7
222 齿根抗弯疲劳强度校核 10
第三章 直齿锥齿轮数学模型建立参数化建模 12
31 齿轮常齿形曲线—渐开线 12
311 渐开线形成特性 12
32 建模思路 14
33 建模程 15
331 建立渐开线齿廓曲线 15
332 直齿锥齿轮建立 17
第四章 总 结 20
参考文献 21
第章 绪
UG优秀机械CADCAECAM体化高端软件基完全三维实体复合造型特征建模装配建模技术设计出意复杂产品模型加技术处领先位CAM模块嵌CAE模块CADCAECAM机集成产品设计分析制造次性完成先进计算机辅助设计分析制造软件广泛应航空航天汽车造船通机械电子等工业领域
11 UGCAD
CAD模块包括实体建模特征建模形状建模装配建模制图等基模块
1UG／实体建模(UG／SO1id Modeling)
该模块基约束特征建模显示建模方法缝结合起提供强力复合建模工具户充分利传统实体面线框造型优势该模块中建立二维三维线框模型扫描旋转实体进行布尔运算参数化编辑外该模块提供快速概念设计草图工具通建模编辑工具
2UG特征建模(UGFeatures Modeling)
该模块工程特征定义设计信息提供种标准设计特征孔槽型腔凸台柱体块体锥体球体道体倒圆角倒直角等控实体建立薄壁件设计特征参数定义尺寸位置均编辑户白定义特征会存储公目录添加设计模型中特征相特征实体定位引建立相关特征组
3UG曲面建模(UGFreeform Modeling)
该模块建立复杂曲面形状机翼进气道工业产品造型设计实体建模曲面建模技术合组成功强建模工具组建模技术包括曲线扫描标准二次曲线建立二次曲面体两更实体间桥接方式建立光滑连接曲面逆工程方法通曲线喘网格定义曲面通点集拟合曲面外户通修改定义曲线改变参数值数学规律编辑修改
4UG／户定义特征(UGUserDefined Features)
该模块定义特征方式建立零件族易户送行调编辑提供常工具允许存参数化实体模型建立特征参数间关系定义特征变量设置缺省值确定调特征时采般形式等工具户定义特征建立存放目录中供户访问户定义特征加入设计模型常规特征编辑方法该模型参数进行编辑修改
5UG／工程制图(UG／Drafting)
该模块设计员方便获三维实体模型完全相关二维工程图UG／Draoing支持工业颁布制图标准州SI／ASMEISODINJSIS国GB标准
6UG／装配建模(UG／Assembty Modeling)
该模块提供行产品开发方法装配程中进行零部件设计编辑零部件刘灵活配定位保持关联性装配件参数化建模描述部件间配关系种体系结构允许建立非常庞产品结构设计纪间进行享产品开发组成员够行工作
7UG高级装配
UG高级装配模块提供数装载控制功允许户装配结构中部件进行滤分析理完成—复杂产品全数字化装配程提供种工具整产品指定子系统零件进行装配分析质量理进行间隙检测程中检测结果保存备需时候该模块硬干涉进行精确定位型产品部分结构进行修改时该功定义区域组件集便快速修改
8UG／Wave
UG Wave提供参数化产品开发台概念设计详细设计贯穿整产品设计程wave技术产品设计进行定义控制评估通定义形体框架关键设计变量表达产品概念设计通数化编辑控制结构设计概念迅速分析评估控制结构中关键模型链接拷贝详细设计产品装配中样续产品开发程中允许高级概念设计中变化整产品设计改变相关联
12锥齿轮传动应
圆锥齿轮传动应特点分类
应 ：圆锥齿轮传动传递两相交轴间运动动力
特点： 圆锥齿轮轮齿分布圆锥体圆锥齿轮端参数标准值圆锥齿轮两轴间交角根传动需确定般机械中采 ∑ 90 ° 圆锥齿轮
第二章 标准直齿锥齿轮轴相关计算
设计齿轮传动时考虑锥齿轮传动发生种失效形式：点蚀片蚀胶合断损断齿塑性变形应齿面具较高抗磨抗点蚀抗胶合抗塑性变形力齿根较高抗折断力齿轮材料性基求：齿面硬齿芯韧
21 标准直齿锥齿轮参数相关计算
齿轮传动参数设计目确定齿轮基参数值便确定齿轮基框架方便齿轮传动步设计
211选定齿轮精度等级材料齿数
1该换器速度承载力选7级精度
2材料选择：该装置采闭式齿面硬度中齿面两齿轮材料均选20Cr硬度60HRC
3初选两齿轮齿数：Z135Z224
212 锥齿轮初步设计
1设计公式： ≥ （21）
载荷系数： 查机械设计手册•齿轮传动闭式直齿锥齿轮
齿数：
估算时齿轮许接触应力：
（22）
式中试验齿轮接触疲劳强度极限1300Nmm2估算时
安全系数：
转矩： T1955× (23)
估算结果： ≥
2参数计算
取锥齿轮端参数标准值压力角齿顶高系数顶隙系数图31
图21等顶隙锥齿轮齿坯旋转成形示意图
齿数： Z1Z224 (25)
分锥角： arctan(Z1 Z2) (26)
端模数： Z12739724 (27)
取
端分度圆直径： Z1 (28)
外锥距： ° (29)
齿宽系数：取
齿宽： (210)
取
实际齿宽系数： (211)
中点模数： (212)
中点分度圆直径 (213)
切变位系数：
高变位系数：
顶隙： (214)
端齿顶高： (215)
端齿根高： ） (216)
全齿高： ） (217)
齿根角： (218)
齿顶角： （采等顶隙收缩齿） (219)
顶锥角： + (220)
根锥角： (221)
端齿顶圆直径 (222)
冠顶距： (223)
端分度圆弧齿厚：
(224)
端分度圆弦齿厚：
(225)
端分度圆弦齿高：
(226)
量齿数 (227)
量齿轮分度圆直径：
(228)
(229)
量齿轮顶圆直径：
(230)
量齿轮基圆直径：
(231)
量齿轮根圆直径：
(232)
量齿轮传动中心距：
(233)
量齿轮基圆齿距： (234)
啮合线长度：
(235)
端面重合度： (236)
齿中部接触线长度：
(237)
齿中部接触线投影长度： (238)
22 锥齿轮传动强度校核
前面参数选取中参数验选取必须进行强度校核闭式传动般齿面接触强度设计开式传动齿根弯曲轻度设计适降低许应力者增模数增加齿厚便增加磨损储备量
通强度计算调整前面验确定参数终达符合设计求符合济性求
221 齿面接触疲劳强度校核[6]
（该节计算涉关系数出机械设计手册·齿轮传动·单行）
计算公式：
(239)
中点分度圆切力 ：
(240)
系数： 表21
表21齿轮稳性
原动机
工作特性
工作机工作特性
均匀稳
轻微振动
中等振动
强烈振动
均匀稳
轻微振动
中等振动
强烈振动
100
110
125
15
125
135
15
175
15
16
175
20
175
185
20
225更
动载系数： 7级精度中点节线速度：
查图
齿载荷分布系数：
取 效工作齿宽
端面载荷系数：
表
节点区域系数：
中点区域系数计算
(241)
参数计算
2
弹性系数 表23
表22材料重合度
重合度
0
2
表23材料弹性系数
齿轮
材料
齿轮材料
钢
铸钢
球墨铸铁
铸铁
锡青铜
铸锡青铜
织物层压塑料
钢
铸钢
球墨铸钢
铸铁
1898
1889
1880
1814
1805
1739
1620
1614
1566
1437
1598
1550
564
螺旋角系数： 直齿轮
锥齿轮系数 ：
载荷分配系数：
计算接触应力：
许接触应力： (242)
试验齿轮接触疲劳极限：
寿命系数长期工作
润滑油影响系数
工作硬化系数：
尺寸系数：
安全系数：表24
表24安全系数
求
安全系数
高度
较高度
般度
低度
15～160
1．25～130
100～110
085～1
200
160
125
100
许接触应力值：
齿面接触强度校核结果：
通
222 齿根抗弯疲劳强度校核
计算公式：
(243)
式中：
前
复合齿形系数：
重合度系数：时
锥齿轮系数计算
载荷分配系数：
齿根弯曲应力计算值：
齿根许弯曲应力：
(244)
齿根弯曲疲劳强度基值：
寿命系数： 长期工作
相齿根圆角敏感系数：齿根圆角参数范围
相齿根表面状况系数：齿根表面粗糙度设
尺寸系数：
渗碳淬火钢安全系数：般度查篇第二章
许弯曲应力值：
齿根弯曲强度校核结果 ：
通
第三章 直齿锥齿轮数学模型建立参数化建模
首先分析渐开线齿形曲线特性建立相应渐开线数学模型指导渐开线齿廓参数化建模次述研究基础建立直齿圆锥齿轮学模型运 UG实现种齿轮三维参数化造型
31 齿轮常齿形曲线—渐开线
目前齿轮齿形曲线通常采渐开线摆线变态摆线年圆弧渐开线齿形等齿形齿廓满足定传动外必需设计制造测量安装等方面求齿形相渐开线拥保持瞬时传动恒等分离性等优点绝部分齿轮采渐开线作齿形齿廓齿轮齿廓曲线包括齿顶圆部分齿形曲线部分渡曲线齿根圆部分图3l示中齿形曲线部分齿轮啮合传动接触重部分构造齿廓重曲线
渐开线
齿顶圆
图31 齿廓曲线组成
311 渐开线形成特性
1渐开线形成原理
条直线(常称发生线)半径rb固定圆圆周作纯滚动时图直线意点A运动轨迹线AA形成渐开线图中半径rb固定圆称渐开线基圆图知发生线基圆做纯滚动时发生线意点BC会展出渐开线渐开线位置渐开线形状相图示
渐开线齿轮轮齿齿形两条称渐开线形成
图32 渐开线形成
2渐开线特性
⑴．渐开线基圆开始基圆外面渐开线基圆渐开线
⑵．渐开线意点法线必切基圆切基圆直线必渐开线点
法线
⑶．发生线基圆切点G渐开线点A曲率中心线段AG渐开线点A曲率半径渐开线越接基圆点曲率半径越
⑷．基圆意两条渐开线间处公法线长相等
⑸．渐开线形状取决基圆相展开角处基圆半径越渐开线曲率半径越基圆半径穷时渐开线变成直线齿条齿廓曲线变直线渐开线
⑹．渐开线意点法线长度(曲率半径)等发生线基圆滚弧长
3齿轮齿形曲线
定传动齿轮机构选择齿形曲线满足定传动外必需设计制造测量安装等方面综合考虑中渐开线齿形够较全面满足述方面求渐开线齿形优点
⑴．渐开线齿形够保证瞬时传动变
⑵．渐开线齿轮传动具分离性渐开线齿轮传动果两轮中心距离稍微增减时两轮啮合时传动保持变渐开线齿轮瞬时传动中心距稍变化发生变化种性质称渐开线齿轮传动分离性
⑶．渐开线形成原理较齿形曲线简单直线廓形工具进行加工制造精度容易提高
⑷．互换性渐开线齿轮模数压力角相互换加工刀具通性广种模数刀具加工意齿数齿轮齿形曲线齿轮基没互换性常成调换加工刀具专刀具设计制造工作量
目前绝部分齿轮采渐开线作齿形渐开线齿轮齿形着严格数学方程轨迹造型复杂般软件均提供渐开线高级曲线功目前绘制渐开线齿轮齿形方法三种种圆弧似代渐开线样然够似画出齿轮轮廓存缺点绘制程复杂费时容易出错修改程困难形成系列化修改直接图中出渐开线相应数第二种方法先调绘制工程图形专软件然图形文件导入CAD系统果绘制渐开线花高价钱购买专软件显然合算第三种方法利CAD二次开发工具实现渐开线齿轮齿廓精确绘制种方法够较精确绘制出渐开线齿轮齿廓次种方法绘制渐开线齿轮齿廓
32 建模思路
首先利UG中规律曲线(Law Curve)功生成齿廓曲线———渐开线然利扫掠抽取元素特征操作建立锥齿基齿形接着该齿形锥台进行求特征操作阵列操作相应直齿锥齿轮三维模型
33 建模程
331 建立渐开线齿廓曲线
建立包含齿轮基参数容：
端模数：
齿数：
压力角：
齿数：
分锥角：arctan(Z1 Z2)
齿顶高系数
高变位系数：
端分度圆直径：
外锥距：
齿宽系数：取
齿宽：
实际齿宽系数：
中点模数：
中点分度圆直径：
量齿轮基圆直径：
端齿顶高：
端齿根高：
齿根角：
齿顶角：（采等顶隙收缩齿）
顶锥角：+
根锥角：
量齿轮顶圆直径：
量齿轮根圆直径：
UG系统默认变量：
渐开线展角范围：
渐开线方程（渐开线起点X轴）：
齿距：
齿厚应圆心角：
参数化种基特征尺寸约束数相关尺寸驱动设计修改技术果需绘制齿轮参数齿轮需文件中修改齿轮基参数值然UG中重新导入生成参数齿轮渐开线
图33 渐开线绘制
首先UG中输入直齿锥齿轮参数生成渐开线具体方法①工具→表达式中输入参数②插入→曲线→规律曲线进入话框然点击规律函数话框确定钮设置t变量横坐标xt变量理分设置t变量坐标yt第3坐标zt变量选择原点作参考点生成渐开线见图33
XY面绘制量齿顶圆两段渐开线相交圆弧连接坐标原点渐开线两端点形成端俯视截面草图图34
图34 草图建立结果
332 直齿锥齿轮建立
1根输入参数中量齿轮分度圆半径量齿轮齿根圆半径量齿轮齿顶圆半径分锥角顶锥角面绘制出图35草图
根锥角
分锥角
顶锥角
图35 齿形初建立草图
2根齿宽b尺寸参数创建面利方法：编辑—曲线—修剪完成齿形轮廓图36
3利方法插入—扫掠—扫掠令线123截面线串线4引导线串创建出齿外形图37
4绕图36中1线作环绕轴截面端面量齿轮齿根圆半径面创建出中间锥体图38
1
3
2
4
图36 形成轮齿截面线引导线
图37 轮齿生成
图38 锥齿轮中间锥体生成
5生成图齿锥体齿作布尔运算创建出齿选定齿数作圆周阵列创建出锥齿轮初形状图39
图39 锥齿轮轮齿阵列结果
6根结构设计需添加锥体创建基准面修剪体切顶锥余部分根轴配合孔径尺寸建孔完善直齿锥齿轮图310
图310 标准直齿锥齿轮生成
第四章 总 结
文结合传统设计实现锥齿换器零部件进行参数化建模强度校核装配等程时该模型进行分析程中认真学研究锥齿换器结构功特锥齿轮传动更深入理解着齿轮工业发展新功需断加入系统中达系统专业化实化工作会更加艰巨繁重
实现换器功锥齿轮种类繁文中围绕直齿锥齿轮进行参数化三维建模分析介绍实现实际生产具体工程中应完善加强锥齿换器系统需尝试功机构实现
月毕业设计结束期间学新知识时锻炼问题分析思考力解决问题力次毕业设计仅前学知识进行次系统复巩固更知识容应实际中次理实际相结合设计工作奠定基础相信生活工作受益设计
参考文献
[1] 孙恒陈作模葛文杰 机械原理 第七版 北京 高等教育出版社 2006
[2] 濮良贵纪名刚 机械设计 第八版 北京 高等教育出版社 2006
[3] 刘鸿文材料力学 第四版 北京 高等教育出版社 2004
[4] 肖阳孙东明姜雷等 UG中锥齿轮三维参数化建模[J] 现代机械 2004
[5] 成先 机械设计手册第五版第三卷 北京 北京化学工业出版社 2008
[6] 成先 机械设计手册单行 齿轮传动 北京 机械工业出版社 2007
[7] 洪瑾 UG NX4 CAD 快速入门指导 北京 清华学出版社 2006
[8] 洪瑾UG NX4 高级仿真培训教程 北京 清华学出版社 20073
[9] 陈秀宁施高义 机械设计课程设计 第二版 浙江学出版社
[10] 殷国富成尔京 UG NX2产品设计实例精解[M] 北京 机械工业出版社 2005
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锥齿换器广泛应现代机械产品中航空航天工程机械传动系统具传动稳承载力强等优点着非常观发展前景利锥齿换器传动机构特点实现电渣炉执行机构换通电渣炉执行机构结构设计分析课题学研究容该机构原理轴交角90°锥齿轮通相互啮合实现传动角度改变进换目
满足该机构体现出直观性深入学UG软件CADCAE实现锥齿换器传动部件三维参数化建模课题研究工作成果：
首先建立面渐开线入手建模锥齿轮实现参数化造型轴轴承箱体等部件次建模时进行结构强度设计计算
次CAD装配模块中换器零部件完成装配
利CAE模块进行该机构分析
关键词：换器锥齿轮CAD参数化建模CAE分析
目 录
摘 I
目 录 II
第章 绪 1
11 UGCAD 1
12锥齿轮传动应 2
第二章 标准直齿锥齿轮轴相关计算 4
21 标准直齿锥齿轮参数相关计算 4
211选定齿轮精度等级材料齿数 4
212 锥齿轮初步设计 4
22 锥齿轮传动强度校核 7
221 齿面接触疲劳强度校核[6] 7
222 齿根抗弯疲劳强度校核 10
第三章 直齿锥齿轮数学模型建立参数化建模 12
31 齿轮常齿形曲线—渐开线 12
311 渐开线形成特性 12
32 建模思路 14
33 建模程 15
331 建立渐开线齿廓曲线 15
332 直齿锥齿轮建立 17
第四章 总 结 20
参考文献 21
第章 绪
UG优秀机械CADCAECAM体化高端软件基完全三维实体复合造型特征建模装配建模技术设计出意复杂产品模型加技术处领先位CAM模块嵌CAE模块CADCAECAM机集成产品设计分析制造次性完成先进计算机辅助设计分析制造软件广泛应航空航天汽车造船通机械电子等工业领域
11 UGCAD
CAD模块包括实体建模特征建模形状建模装配建模制图等基模块
1UG／实体建模(UG／SO1id Modeling)
该模块基约束特征建模显示建模方法缝结合起提供强力复合建模工具户充分利传统实体面线框造型优势该模块中建立二维三维线框模型扫描旋转实体进行布尔运算参数化编辑外该模块提供快速概念设计草图工具通建模编辑工具
2UG特征建模(UGFeatures Modeling)
该模块工程特征定义设计信息提供种标准设计特征孔槽型腔凸台柱体块体锥体球体道体倒圆角倒直角等控实体建立薄壁件设计特征参数定义尺寸位置均编辑户白定义特征会存储公目录添加设计模型中特征相特征实体定位引建立相关特征组
3UG曲面建模(UGFreeform Modeling)
该模块建立复杂曲面形状机翼进气道工业产品造型设计实体建模曲面建模技术合组成功强建模工具组建模技术包括曲线扫描标准二次曲线建立二次曲面体两更实体间桥接方式建立光滑连接曲面逆工程方法通曲线喘网格定义曲面通点集拟合曲面外户通修改定义曲线改变参数值数学规律编辑修改
4UG／户定义特征(UGUserDefined Features)
该模块定义特征方式建立零件族易户送行调编辑提供常工具允许存参数化实体模型建立特征参数间关系定义特征变量设置缺省值确定调特征时采般形式等工具户定义特征建立存放目录中供户访问户定义特征加入设计模型常规特征编辑方法该模型参数进行编辑修改
5UG／工程制图(UG／Drafting)
该模块设计员方便获三维实体模型完全相关二维工程图UG／Draoing支持工业颁布制图标准州SI／ASMEISODINJSIS国GB标准
6UG／装配建模(UG／Assembty Modeling)
该模块提供行产品开发方法装配程中进行零部件设计编辑零部件刘灵活配定位保持关联性装配件参数化建模描述部件间配关系种体系结构允许建立非常庞产品结构设计纪间进行享产品开发组成员够行工作
7UG高级装配
UG高级装配模块提供数装载控制功允许户装配结构中部件进行滤分析理完成—复杂产品全数字化装配程提供种工具整产品指定子系统零件进行装配分析质量理进行间隙检测程中检测结果保存备需时候该模块硬干涉进行精确定位型产品部分结构进行修改时该功定义区域组件集便快速修改
8UG／Wave
UG Wave提供参数化产品开发台概念设计详细设计贯穿整产品设计程wave技术产品设计进行定义控制评估通定义形体框架关键设计变量表达产品概念设计通数化编辑控制结构设计概念迅速分析评估控制结构中关键模型链接拷贝详细设计产品装配中样续产品开发程中允许高级概念设计中变化整产品设计改变相关联
12锥齿轮传动应
圆锥齿轮传动应特点分类
应 ：圆锥齿轮传动传递两相交轴间运动动力
特点： 圆锥齿轮轮齿分布圆锥体圆锥齿轮端参数标准值圆锥齿轮两轴间交角根传动需确定般机械中采 ∑ 90 ° 圆锥齿轮
第二章 标准直齿锥齿轮轴相关计算
设计齿轮传动时考虑锥齿轮传动发生种失效形式：点蚀片蚀胶合断损断齿塑性变形应齿面具较高抗磨抗点蚀抗胶合抗塑性变形力齿根较高抗折断力齿轮材料性基求：齿面硬齿芯韧
21 标准直齿锥齿轮参数相关计算
齿轮传动参数设计目确定齿轮基参数值便确定齿轮基框架方便齿轮传动步设计
211选定齿轮精度等级材料齿数
1该换器速度承载力选7级精度
2材料选择：该装置采闭式齿面硬度中齿面两齿轮材料均选20Cr硬度60HRC
3初选两齿轮齿数：Z135Z224
212 锥齿轮初步设计
1设计公式： ≥ （21）
载荷系数： 查机械设计手册•齿轮传动闭式直齿锥齿轮
齿数：
估算时齿轮许接触应力：
（22）
式中试验齿轮接触疲劳强度极限1300Nmm2估算时
安全系数：
转矩： T1955× (23)
估算结果： ≥
2参数计算
取锥齿轮端参数标准值压力角齿顶高系数顶隙系数图31
图21等顶隙锥齿轮齿坯旋转成形示意图
齿数： Z1Z224 (25)
分锥角： arctan(Z1 Z2) (26)
端模数： Z12739724 (27)
取
端分度圆直径： Z1 (28)
外锥距： ° (29)
齿宽系数：取
齿宽： (210)
取
实际齿宽系数： (211)
中点模数： (212)
中点分度圆直径 (213)
切变位系数：
高变位系数：
顶隙： (214)
端齿顶高： (215)
端齿根高： ） (216)
全齿高： ） (217)
齿根角： (218)
齿顶角： （采等顶隙收缩齿） (219)
顶锥角： + (220)
根锥角： (221)
端齿顶圆直径 (222)
冠顶距： (223)
端分度圆弧齿厚：
(224)
端分度圆弦齿厚：
(225)
端分度圆弦齿高：
(226)
量齿数 (227)
量齿轮分度圆直径：
(228)
(229)
量齿轮顶圆直径：
(230)
量齿轮基圆直径：
(231)
量齿轮根圆直径：
(232)
量齿轮传动中心距：
(233)
量齿轮基圆齿距： (234)
啮合线长度：
(235)
端面重合度： (236)
齿中部接触线长度：
(237)
齿中部接触线投影长度： (238)
22 锥齿轮传动强度校核
前面参数选取中参数验选取必须进行强度校核闭式传动般齿面接触强度设计开式传动齿根弯曲轻度设计适降低许应力者增模数增加齿厚便增加磨损储备量
通强度计算调整前面验确定参数终达符合设计求符合济性求
221 齿面接触疲劳强度校核[6]
（该节计算涉关系数出机械设计手册·齿轮传动·单行）
计算公式：
(239)
中点分度圆切力 ：
(240)
系数： 表21
表21齿轮稳性
原动机
工作特性
工作机工作特性
均匀稳
轻微振动
中等振动
强烈振动
均匀稳
轻微振动
中等振动
强烈振动
100
110
125
15
125
135
15
175
15
16
175
20
175
185
20
225更
动载系数： 7级精度中点节线速度：
查图
齿载荷分布系数：
取 效工作齿宽
端面载荷系数：
表
节点区域系数：
中点区域系数计算
(241)
参数计算
2
弹性系数 表23
表22材料重合度
重合度
0
2
表23材料弹性系数
齿轮
材料
齿轮材料
钢
铸钢
球墨铸铁
铸铁
锡青铜
铸锡青铜
织物层压塑料
钢
铸钢
球墨铸钢
铸铁
1898
1889
1880
1814
1805
1739
1620
1614
1566
1437
1598
1550
564
螺旋角系数： 直齿轮
锥齿轮系数 ：
载荷分配系数：
计算接触应力：
许接触应力： (242)
试验齿轮接触疲劳极限：
寿命系数长期工作
润滑油影响系数
工作硬化系数：
尺寸系数：
安全系数：表24
表24安全系数
求
安全系数
高度
较高度
般度
低度
15～160
1．25～130
100～110
085～1
200
160
125
100
许接触应力值：
齿面接触强度校核结果：
通
222 齿根抗弯疲劳强度校核
计算公式：
(243)
式中：
前
复合齿形系数：
重合度系数：时
锥齿轮系数计算
载荷分配系数：
齿根弯曲应力计算值：
齿根许弯曲应力：
(244)
齿根弯曲疲劳强度基值：
寿命系数： 长期工作
相齿根圆角敏感系数：齿根圆角参数范围
相齿根表面状况系数：齿根表面粗糙度设
尺寸系数：
渗碳淬火钢安全系数：般度查篇第二章
许弯曲应力值：
齿根弯曲强度校核结果 ：
通
第三章 直齿锥齿轮数学模型建立参数化建模
首先分析渐开线齿形曲线特性建立相应渐开线数学模型指导渐开线齿廓参数化建模次述研究基础建立直齿圆锥齿轮学模型运 UG实现种齿轮三维参数化造型
31 齿轮常齿形曲线—渐开线
目前齿轮齿形曲线通常采渐开线摆线变态摆线年圆弧渐开线齿形等齿形齿廓满足定传动外必需设计制造测量安装等方面求齿形相渐开线拥保持瞬时传动恒等分离性等优点绝部分齿轮采渐开线作齿形齿廓齿轮齿廓曲线包括齿顶圆部分齿形曲线部分渡曲线齿根圆部分图3l示中齿形曲线部分齿轮啮合传动接触重部分构造齿廓重曲线
渐开线
齿顶圆
图31 齿廓曲线组成
311 渐开线形成特性
1渐开线形成原理
条直线(常称发生线)半径rb固定圆圆周作纯滚动时图直线意点A运动轨迹线AA形成渐开线图中半径rb固定圆称渐开线基圆图知发生线基圆做纯滚动时发生线意点BC会展出渐开线渐开线位置渐开线形状相图示
渐开线齿轮轮齿齿形两条称渐开线形成
图32 渐开线形成
2渐开线特性
⑴．渐开线基圆开始基圆外面渐开线基圆渐开线
⑵．渐开线意点法线必切基圆切基圆直线必渐开线点
法线
⑶．发生线基圆切点G渐开线点A曲率中心线段AG渐开线点A曲率半径渐开线越接基圆点曲率半径越
⑷．基圆意两条渐开线间处公法线长相等
⑸．渐开线形状取决基圆相展开角处基圆半径越渐开线曲率半径越基圆半径穷时渐开线变成直线齿条齿廓曲线变直线渐开线
⑹．渐开线意点法线长度(曲率半径)等发生线基圆滚弧长
3齿轮齿形曲线
定传动齿轮机构选择齿形曲线满足定传动外必需设计制造测量安装等方面综合考虑中渐开线齿形够较全面满足述方面求渐开线齿形优点
⑴．渐开线齿形够保证瞬时传动变
⑵．渐开线齿轮传动具分离性渐开线齿轮传动果两轮中心距离稍微增减时两轮啮合时传动保持变渐开线齿轮瞬时传动中心距稍变化发生变化种性质称渐开线齿轮传动分离性
⑶．渐开线形成原理较齿形曲线简单直线廓形工具进行加工制造精度容易提高
⑷．互换性渐开线齿轮模数压力角相互换加工刀具通性广种模数刀具加工意齿数齿轮齿形曲线齿轮基没互换性常成调换加工刀具专刀具设计制造工作量
目前绝部分齿轮采渐开线作齿形渐开线齿轮齿形着严格数学方程轨迹造型复杂般软件均提供渐开线高级曲线功目前绘制渐开线齿轮齿形方法三种种圆弧似代渐开线样然够似画出齿轮轮廓存缺点绘制程复杂费时容易出错修改程困难形成系列化修改直接图中出渐开线相应数第二种方法先调绘制工程图形专软件然图形文件导入CAD系统果绘制渐开线花高价钱购买专软件显然合算第三种方法利CAD二次开发工具实现渐开线齿轮齿廓精确绘制种方法够较精确绘制出渐开线齿轮齿廓次种方法绘制渐开线齿轮齿廓
32 建模思路
首先利UG中规律曲线(Law Curve)功生成齿廓曲线———渐开线然利扫掠抽取元素特征操作建立锥齿基齿形接着该齿形锥台进行求特征操作阵列操作相应直齿锥齿轮三维模型
33 建模程
331 建立渐开线齿廓曲线
建立包含齿轮基参数容：
端模数：
齿数：
压力角：
齿数：
分锥角：arctan(Z1 Z2)
齿顶高系数
高变位系数：
端分度圆直径：
外锥距：
齿宽系数：取
齿宽：
实际齿宽系数：
中点模数：
中点分度圆直径：
量齿轮基圆直径：
端齿顶高：
端齿根高：
齿根角：
齿顶角：（采等顶隙收缩齿）
顶锥角：+
根锥角：
量齿轮顶圆直径：
量齿轮根圆直径：
UG系统默认变量：
渐开线展角范围：
渐开线方程（渐开线起点X轴）：
齿距：
齿厚应圆心角：
参数化种基特征尺寸约束数相关尺寸驱动设计修改技术果需绘制齿轮参数齿轮需文件中修改齿轮基参数值然UG中重新导入生成参数齿轮渐开线
图33 渐开线绘制
首先UG中输入直齿锥齿轮参数生成渐开线具体方法①工具→表达式中输入参数②插入→曲线→规律曲线进入话框然点击规律函数话框确定钮设置t变量横坐标xt变量理分设置t变量坐标yt第3坐标zt变量选择原点作参考点生成渐开线见图33
XY面绘制量齿顶圆两段渐开线相交圆弧连接坐标原点渐开线两端点形成端俯视截面草图图34
图34 草图建立结果
332 直齿锥齿轮建立
1根输入参数中量齿轮分度圆半径量齿轮齿根圆半径量齿轮齿顶圆半径分锥角顶锥角面绘制出图35草图
根锥角
分锥角
顶锥角
图35 齿形初建立草图
2根齿宽b尺寸参数创建面利方法：编辑—曲线—修剪完成齿形轮廓图36
3利方法插入—扫掠—扫掠令线123截面线串线4引导线串创建出齿外形图37
4绕图36中1线作环绕轴截面端面量齿轮齿根圆半径面创建出中间锥体图38
1
3
2
4
图36 形成轮齿截面线引导线
图37 轮齿生成
图38 锥齿轮中间锥体生成
5生成图齿锥体齿作布尔运算创建出齿选定齿数作圆周阵列创建出锥齿轮初形状图39
图39 锥齿轮轮齿阵列结果
6根结构设计需添加锥体创建基准面修剪体切顶锥余部分根轴配合孔径尺寸建孔完善直齿锥齿轮图310
图310 标准直齿锥齿轮生成
第四章 总 结
文结合传统设计实现锥齿换器零部件进行参数化建模强度校核装配等程时该模型进行分析程中认真学研究锥齿换器结构功特锥齿轮传动更深入理解着齿轮工业发展新功需断加入系统中达系统专业化实化工作会更加艰巨繁重
实现换器功锥齿轮种类繁文中围绕直齿锥齿轮进行参数化三维建模分析介绍实现实际生产具体工程中应完善加强锥齿换器系统需尝试功机构实现
月毕业设计结束期间学新知识时锻炼问题分析思考力解决问题力次毕业设计仅前学知识进行次系统复巩固更知识容应实际中次理实际相结合设计工作奠定基础相信生活工作受益设计
参考文献
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